CN115401933A - 风电叶片成型模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模具，具体公开了一种风电叶片成型模具，包括两个相互铰接的两个半片模具，所述半片模具包括柔性成型模块和用于支撑所述柔性成型模块的支撑模块，所述柔性成型模块包括从下到上依次设置的型面调节机构、随动层、成型层和密封层，所述型面调节机构包括安装在所述支撑模块上的根据叶片型面曲率分布的多个顶升缸，所述顶升缸的顶部和所述随动层连接，以通过驱动所述顶升缸而使所述随动层带动所述成型层形成与所述叶片型面相适配的模具型面。本发明根据叶片的气动外形，通过控制调节机构动作，从而直接生成叶片阴模，不需要叶片阳模的设计和制作，节省了叶片阴模的设计和制作的成本，一款柔性模具可以生产多种型号的叶片。

Description

风电叶片成型模具

技术领域

本发明涉及风电叶片领域，具体地，涉及一款风电叶片柔性成型模具。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，取之不尽用之不竭，越来越受到世界各国的重视，随着风力发电技术的进步，为了提高风能的捕获，降低电成本，风电机组的单机容量也从最初的十几千瓦发展到现在的兆瓦级，几十兆瓦级，复合材料风电叶片是风力发电机组中能量转换的关键部件，其设计制造的好坏直接关系着风力发电机组的效率和使用的寿命，影响着整个系统的性能。叶片的质量的好坏又取决于模具质量的好坏，高精度的模具设计和制造技术是叶片气动外形的重要保证，对产品的生产效率、最终质量和性能起着决定性的作用。

阴模制造总体形式为“玻璃钢壳体+钢结构框架”，上、下型面分体结构形式。“玻璃钢壳体”形成叶片所需的几何形面，具有一定的强度和刚度，表面采用模具胶衣层。在壳体内放置加热系统，保证叶片成型时所需的温度，“钢结构框架”为模具提供主要的强度和刚度，并为模具的定位系统和夹紧/顶出系统提供安装基础。合、启模方式采用下模固定不动，与地面紧固，通过翻转臂转动上模，实现模具的开模与合模的过程。开模前应用脱模机构进行初始分离操作；阳模就是构成叶片上、下型面几何型面的模胎结构，通常阳模有两种制作方法，一种是购买成品叶片进行打磨修整，使其光滑顺畅并符合叶面曲线要求；一种是自行设计并按照设计要求的曲面，采取数控加工法或手工样板控制法制作。

现阶段，叶片生产主要使用阴模形式，阴模的寿命、性能直接决定叶片的质量和经济性。传统风电叶片的模具组成：玻璃钢复合材料结构层包含胶衣层、内结构层、加热层、外结构层和保温层、钢架支撑结构、液压翻转及锁紧顶升机构、真空系统等部分组成。

但随着风电技术日益成熟，市场竞争日益加剧，成本压力不断增加，传统的叶片模具一款阴模只能生产一个型号的叶片，成本高、阳模利用率低、型面的曲面不具备调节的功能，已经制约着风电叶片行业的发展。

有鉴于此，需要提供一款风电叶片成型模具，以解决或克服上述技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一款风电叶片成型模具，可直接根据叶片的气动外形，通过控制调节机构动作，从而直接生成叶片阴模，不需要叶片阳模的设计和制作，节省了叶片阴模的设计和制作的成本，提供了一款柔性模具，可以生产多种型号的叶片。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种风电叶片成型模具，包括两个相互铰接的两个半片模具，所述半片模具包括柔性成型模块和用于支撑所述柔性成型模块的支撑模块，所述柔性成型模块包括从下到上依次设置的型面调节机构、随动层、成型层和密封层，所述型面调节机构包括安装在所述支撑模块上的根据叶片型面曲率分布的多个顶升缸，所述顶升缸的顶部和所述随动层连接，以通过驱动所述顶升缸而使所述随动层带动所述成型层形成与所述叶片型面相适配的模具型面。

优选地，所述成型层的材质为硅胶板板材，所述硅胶板板材上开设有若干通孔。

优选地，所述随动层的材质为不锈钢，且所述随动层内安装有温度传感器。

优选地，所述成型层和所述随动层之间通过平顶快接件连接。

优选地，所述型面调节机构还包括安装在所述顶升缸上的位移传感器和压力传感器。

优选地，所述柔性成型模块包括加热系统，所述加热系统包括加热组件，所述加热组件铺设在所述密封层的表面，或者所述加热组件铺设在所述随动层的表面。

优选地，所述柔性成型模块还包括真空系统，所述真空系统分别与所述随动层和所述成型层连接，所述真空系统包括真空泵、抽气管道和注胶管路，所述真空泵分别与所述抽气管道和所述注胶管路相连，以实现叶片制作过程中的保压和灌注的功能。

优选地，所述柔性成型模块包括控制系统，所述控制系统包括PLC控制器，所述PLC控制器与所述加热系统、真空系统、型面调节机构间电信号连接。

优选地，所述支撑模块包括钢架和安装在所述钢架上的多个支撑块，所述顶升缸安装在所述支撑块上。

优选地，所述柔性成型模块还包括翻转及锁紧系统，所述翻转及锁紧系统安装在所述钢架上。

通过上述技术方案，本发明的有益效果如下：

第一，根据叶片的气动外形，控制调节机构的动作，通过随动层带动成型层形成与叶片型面所适配的多种不同的模具型面，进而可以生产多种型号的叶片，节省了叶片阴模的设计和制作的成本。

第二，密封层、成型层选用柔性材料，可修复，可更换；随动层为模块化设计，可拼接，并与成型层紧密相连，防止起模时成型层离模。

第三，在型面调节机构上铺设随动层，可以使点形成面，避免产生尖点，影响成型层的质量。

第四、可以根据叶片形状的变化曲率确定顶升缸的排布密度，适应多种型腔曲率的变化。

附图说明

附图是用来提供对发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对发明的限制。在附图中

图1是本发明风电叶片成型模具的一种实施例的结构示意图之一；

图2是本发明风电叶片成型模具的支撑模块的一种实施例的结构示意图；

图3是本发明风电叶片成型模具的顶升缸的一种实施例的结构示意图；

图4是本发明风电叶片成型模具的一种实施例结构示意图之二。

附图标记说明

1、支撑模块；2、型面调节机构；3、随动层；4、成型层；5、密封层；6、顶升缸；7、钢架；8、支撑块；9、翻转及锁紧系统；10、定位螺栓；11、真空系统；12、叶片；13、控制系统；14、加热系统。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

首先需要说明的是，在下文的描述中为清楚地说明本发明的技术方案而涉及的一些方位词，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1至图4所示，本发明基本实施方式的风电叶片成型模具，包括两个半片模具，两个半片模具的同侧端部相互铰接，半片模具包括柔性成型模块和用于支撑柔性成型模块的支撑模块1，柔性成型模块包括从下到上依次设置的型面调节机构2、随动层3、成型层4和密封层5，型面调节机构2包括安装在支撑模块1上的根据叶片12型面曲率分布的多个顶升缸6，顶升缸6的顶部和随动层3连接，以通过驱动顶升缸6而使随动层3带动成型层4形成与叶片12型面相适配的模具型面。

由本发明的上述基本技术方案可知，将两个半片模具分别定义为SS面和PS面，SS面为固定面，安装在地面上，PS面为活动面，通过翻转和锁紧系统9将SS面和PS面模具连接为一个整体，实现柔性模具的开模和合模的功能，柔性成型模具的主体安装在支撑模块1上，柔性成型模块从下到上依次设置有型面调节机构2、随动层3、成型层4和密封层5，型面调节机构2包括安装在支撑模块1上的多个顶升缸6，根据叶片12型面曲率，对各项顶升缸6进行排布，顶升缸6的顶部和随动层3连接，在顶升缸6的驱动下，可以使随动层3带动成型层4形成不同的成型曲面，满足不同型号的叶片12的生产需要。

其中，密封层5为紧贴叶片12并在成型层4的表面形成的一层涂层，其为热塑性弹性体材质，可以为合成橡胶，密封层5用于填充成型层4的拼接间隙以及分段模具间的对接缝，从而达到模具整体型面密封的效果；顶升缸6的顶部为圆锥形，如果直接和成型层4接触，由于是点接触，会发生应力集中的现象，对成型层4产生破坏，因此，设置随动层3可以将顶升缸6间的点接触通过随动层3形成与成型层4的面接触，防止对成型层4产生损坏；成型层4和密封层5保证了叶片12在生产过程中抽真空状态下不漏气，保持持续的负压；参照图3，型面调节机构2中的顶升缸6沿着叶片12的长度方向每隔一定的间距布置，布置的间距可以是0.5m、1.5m或者其他根据曲率变化需要确定的数值，可根据叶片12成型曲面的曲率大小确定顶升缸6的分布的密度，每个顶升缸6为垂直液压缸或小型电机控制的顶升系统，调节行程为0mm-300mm，多个顶升缸6并联，即可单独控制每个顶升缸6的行程，多个顶升缸6通过调整缸体的高度形成不同的成型曲面，同时由于顶升缸6可以单独控制，可满足不同的成型曲面的曲率要求，调节的精准度更高，另外，顶升缸6调节稳定后位置保持不变，不发生位移，可以保持成型层4型面的状态。

进一步的，参考图1，成型层4的材质为硅胶板板材，硅胶板板材上开设有若干通孔。具体地，硅胶板可以是带加热导线的硅胶板，也可以是能导电的硅胶板。成型层4将模具型面形成一个整体，整体型面与随动层3连接，通过型面调节机构2带动随动层3动作，使得与随动层3连接的成型层4形成平滑的过渡型面，硅胶板板材具有一定的延展性，可保证型面进行微调时，如果顶升缸6的之间的距离产生变化，模具表面不产生撕裂现象，同时硅胶板板材热膨胀系数小，在将模具加热到85°左右时，小的膨胀系数可以保证模具表面的精度，在硅胶板板材上开设的通孔的目的在于安装带有密封功能的平顶快接件。

进一步的，参考图1，随动层3的材质为不锈钢，且随动层3内安装有温度传感器。具体地，在随动层3的底部与型面调节机构2的顶升缸6顶点处相连接，截面之间采用不锈钢网状连接方式或者管状连接方式，在型面调节机构2的驱动下，形成叶片12的偏置截面，随动层3可起到对成型层4的型面支撑作用，随动层3内安装的温度传感器，来检测成型层4的温度。

进一步的，参考图1，成型层4和随动层3之间通过平顶快接件连接。具体地，平顶快接件的功能类似于螺栓，在设置顶升缸6的位置，用带密封功能的平顶快接件将成型层4、随动层3和顶升缸6连接成整体；在没有设置顶升缸6的位置，按一定间距用带密封的平顶快接件将随动层3与成型层4连接成整体。

进一步的，参考图1，型面调节机构2还包括安装在顶升缸6上的位移传感器和压力传感器。具体地，位移传感器和压力传感器用来监测顶升缸6的位移和压力，达到间接反馈成型层4型面精度的目的，当成型层4实际的型面模型数据与监测系统中的型面模型数据的偏差超出设定的理论的误差时，控制系统13对型面调节机构2的顶升缸6的位移进行调整，直至成型层4达到设计的模型数据值。

进一步的，参考图1，柔性成型模块包括加热系统14，加热系统14包括加热组件，加热组件铺设在密封层5的表面，或者加热组件铺设在随动层3的表面。具体地，可以在密封层5上复合一层硅胶材质的加热膜，或者在随动层3上铺设加热导线，在铺设玻璃纤维布基材之前，需要对成型层4进行加热，便于后期的热固化成型，将加热的温度控制在0-100°，由于成型层4为预制拼装的，可以通过控制系统13和加热系统14对成型层4的不同区域实现分区控制；在加热组件的下方铺设有保温层，可对加热组件进行保温，同时起到隔热的效果，保温层可以拼接重复使用。

进一步的，参考图4，柔性成型模块还包括真空系统11，真空系统11分别与随动层3和成型层4连接，真空系统11包括真空泵、抽气管道和注胶管路，真空泵分别与抽气管道和注胶管路相连实现叶片12制作过程中的保压和灌注的功能。具体地，真空系统11与支撑模块1集成，具体工作过程分为保压的过程和灌注的过程。保压的过程：真空泵通过抽气管道将成型层4与真空袋膜之间的玻璃纤维布内的气体抽走，持续保持负压的状态，进而实现叶片在生产过程中抽真空的时候能够不漏气。灌注的过程：先通过保压的过程将玻璃纤维布里的气体抽走，保持负压一段时间，打开注胶管路的控制阀，将树脂通过注胶管路灌入玻璃纤维布里，然后加热成型。

进一步的，参考图4，柔性成型模块包括控制系统13，控制系统13包括PLC控制器，PLC控制器与加热系统14、真空系统11、型面调节机构2间分别电信号连接。具体地，采用高度模块化分布式配置，由通信模块和输入输出模块组成，通讯模块提供通信接口和人机界面，输入输出模块提供数字量和模拟量的输入和输出以及通信接口，可实现对成型层4型面精度、温度和压力的精确控制。

进一步的，参考图2，支撑模块1包括钢架7和安装在钢架7上的多个支撑块8，顶升缸6安装在支撑块8上。具体地，钢架7用空心方管拼接而成，用定位螺栓10将方管紧固的连接在一起，进而保证钢架7在模具在翻转过程中保持稳定的型面精度，通过改变连接方管的尺寸实现模具长度和宽度的变化；当成型层4的型面的曲率变化超过顶升缸6的行程后，需要改变铝合金支撑块的高度，实现成型层4的型面的大曲率变化。

进一步的，参考图4，柔性成型模块还包括翻转及锁紧系统9，翻转及锁紧系统9安装在钢架7上。具体地，翻转系统及锁紧系统9包括翻转臂、锁紧机构和液压举升机，当需要开模或者合模时，利用翻转臂和液压举升机的动作实现合模或者开模的目的，锁紧机构的作用是将两块半模固定在一定后，防止上、下模具移动。

本发明的工作过程为：将叶片三维模型输入控制系统13，控制调节机构2上的顶升缸6带动成型层4形成偏置型腔，并用密封材料填充成型层4的间隙，使得成型层4成为一个整体，最后在成型层4表面刷涂一层密封材料，这样就形成了一个完整的叶片阴模的型面，然后用三维扫描设备对型面进行扫描，得到实际的叶片阴模的数据模型，反馈到监测系统，通过对比，得到理论模型与实际模型的位移差值，通过控制系统13对模具型面微调，然后再次成形，最终使得形状偏差在允许范围内，模具成型。

模具成型后，开始生产叶片，在铺设前，先将成型层4到一定的温度，然后铺设玻璃纤维布，铺设完成后后，通过真空系统11将树脂注入到玻璃纤维布里，树脂灌注完成后，对模具进行逐步升温，升到一定温度后，进行保温固化，铺设的玻璃钢复合材料就有了一定的强度，此时将表面的辅材包括真空袋膜、注胶管路和导流网等去除，然后打磨粘接面，在粘接面上涂抹合模胶，然后将叶片的两个半模，通过翻转机构，进行合模，这样就粘接成一个完整的叶片，通过锁紧机构将两个半模锁在一起，防止模具的移动。最后模具进行逐步升温，加热到一定温度后，保温进行固化，叶片就固化成型了。然后通过液压控制锁紧机构打开，脱模机构将上半块模具顶起100mm左右，翻转机构开始动作，将模具打开，叶片起模吊运。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种风电叶片成型模具，包括两个相互铰接的两个半片模具，其特征在于，所述半片模具包括柔性成型模块和用于支撑所述柔性成型模块的支撑模块(1)，所述柔性成型模块包括从下到上依次设置的型面调节机构(2)、随动层(3)、成型层(4)和密封层(5)，所述型面调节机构(2)包括安装在所述支撑模块(1)上的根据叶片(12)型面曲率分布的多个顶升缸(6)，所述顶升缸(6)的顶部和所述随动层(3)连接，以通过驱动所述顶升缸(6)而使所述随动层(3)带动所述成型层(4)形成与所述叶片(12)型面相适配的模具型面。

2.根据权利要求1所述的风电叶片成型模具，其特征在于，所述成型层(4)的材质为硅胶板板材，所述硅胶板板材上开设有若干通孔。

3.根据权利要求1所述的风电叶片成型模具，其特征在于，所述随动层(3)的材质为不锈钢，且所述随动层(3)内安装有温度传感器。

4.根据权利要求1所述的风电叶片成型模具，其特征在于，所述成型层(4)和所述随动层(3)之间通过平顶快接件连接。

5.根据权利要求1所述的风电叶片成型模具，其特征在于，所述型面调节机构(2)还包括安装在所述顶升缸(6)上的位移传感器和压力传感器。

6.根据权利要求1所述的风电叶片成型模具，其特征在于，所述柔性成型模块包括加热系统(14)，所述加热系统(14)包括加热组件，所述加热组件铺设在所述密封层(5)的表面，或者所述加热组件铺设在所述随动层(3)的表面。

7.根据权利要求6所述的风电叶片成型模具，其特征在于，所述柔性成型模块还包括真空系统(11)，所述真空系统(11)分别与所述随动层(3)和所述成型层(4)连接，所述真空系统(11)包括真空泵、抽气管道和注胶管路，所述真空泵分别与所述抽气管道和所述注胶管路相连，以实现叶片(12)制作过程中的保压和灌注的功能。

8.根据权利要求7所述的风电叶片成型模具，其特征在于，所述柔性成型模块包括控制系统(13)，所述控制系统(13)包括PLC控制器，所述PLC控制器与所述加热系统(14)、所述真空系统(11)、所述型面调节机构(2)间电信号连接。

9.根据权利要求1所述的风电叶片成型模具，其特征在于，所述支撑模块(1)包括钢架(7)和安装在所述钢架(7)上的多个支撑块(8)，所述顶升缸(6)安装在所述支撑块(8)上。

10.根据权利要求9所述的风电叶片成型模具，其特征在于，所述柔性成型模块还包括翻转及锁紧系统(9)，所述翻转及锁紧系统(9)安装在所述钢架(7)上。

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